专利名称：新型光敏剂和光伏器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型光敏剂，特别涉及适合用于染料敏化型太阳能电池的新型光敏 剂。
背景技术：
由Gratzel等人于1991年引进的染料敏化型太阳能电池为具有由用钌配合物光 谱敏化的多孔氧化钛膜形成的工作电极的湿式太阳能电池，报道该染料敏化型太阳能电池 具有与硅太阳能电池的性能等同的性能(参见以下非专利文献1)。该方法由于具有以下优 点而受到关注它能使用便宜的氧化物半导体如二氧化钛而不需将半导体纯化至高纯度， 因而可提供便宜的染料敏化型太阳能电池，所述染料敏化型太阳能电池由于其宽的染料吸 收性，因此可将基本上在全波长区域内的光转换为电。然而，已知的钌配合物染料吸收可见 光但极少吸收波长700nm以上的红外光，因而在红外区域的光电转换能力低。因此，为了进 一步提高转换效率，需要开发不仅能吸收可见光而且能吸收红外光的染料。同时，黑色染料可吸收长达920nm的光，但光吸收系数小，因而为了获得更高电流 值，需要增大多孔氧化钛膜上的吸附量。已进行各种方法以增大多孔氧化钛膜上的吸附量。 通常，可通过增加膜厚度而增大吸附量(参见以下非专利文献2)。随着膜厚度的增加，由 于逆向电子迁移的增加和膜中电子密度的减少导致出现了开路电压和FF (填充因子)的减 少，因此不会显著增大转换效率。报道太阳能电池使用含有咪唑并邻菲咯啉(imidazophenanthroline)配体的配 合物来生产，但是此太阳能电池不能获得足够的转换效率(参见以下专利文献1)。非专利文献1 :B. 0，Regan 和 Μ· Gratzel，“NATURE” (英国)，第 353 卷，第 737 页非专利文献2 :M. Gratzel, "Journal of American Chemical Society” (美国)， 第123卷，第1613页专利文献1 :W02007/00602
发明内容
本发明要解决的问题本发明提供新型光敏剂，该新型光敏剂能够吸收宽的可见光范围内的光，并且具 有大的吸收系数以致即使在膜上光吸收效率也较高。用于解决问题的方案作为本发明人进行的关于金属配合物染料的广泛研究的结果，完成了本发明。S卩，本发明涉及用于金属氧化物半导体电极的光敏剂，其中所述光敏剂包含下式 (I)表示的金属配合物，并且当所述光敏剂通过配体L1和L2吸附至金属氧化物半导体电极 上时，按照GAUSSIAN03量子化学计算程序计算的配体L1和L2的激发态的能级之间的差AL 为0. 25eV以上ML1L2X2(I)
其中M为周期表第8族过渡金属，X各自独立地为卤素原子、氰基、硫氰酸酯基、异 硫氰酸酯基、异氰酸酯基、异氰化物基团或羟基，或在X彼此结合的情况下由下式(A)表示 的双齿配体，L1和L2各自为具有芳环的配体，并且L1或L2具有存在COOH基团或PO (OH) 2的 官能团或者具有通过η共轭结合COOH基团或PO (OH)2的官能团
权利要求
1.一种用于金属氧化物半导体电极的光敏剂，其中，所述光敏剂包含由下式(I)表示 的金属配合物，并且当所述光敏剂通过配体L1和L2吸附至金属氧化物半导体电极上时，按 照GAUSSIAN03量子化学计算程序计算的L1和L2的激发态的能级之间的差Δ L为0. 25eV 以上ML1L2X2(I)其中M为周期表的第8族过渡金属，X各自独立地为卤素原子、氰基、硫氰酸酯基、异硫 氰酸酯基、异氰酸酯基、异氰化物基团或羟基，或在X彼此结合的情况下由下式(A)表示的 双齿配体，L1和L2各自为具有芳环的配体，并且L1或L2具有存在COOH基团或PO(OH)2的 官能团或者具有通过η共轭结合COOH基团或PO (OH)2的官能团I ！Ilο φs sR2(A)其中R1至R3彼此相同或不同，并且各自独立地为氢、具有1-30个碳原子的烷基、具有 2-30个碳原子的烷氧基烷基、具有1-30个碳原子的全氟烷基、具有6-30个碳原子的芳基， 或具有7-30个碳原子的芳烷基；R4和R5各自独立地为氢、氰基、具有1-20个碳原子的烷基、 具有1-20个碳原子的全氟烷基，或具有6-15个碳原子的芳基，并且R4和R5可彼此结合形 成环。
2.根据权利要求1所述的光敏剂，其中，在式(I)中，L1为下式(II)表示的配体，L2为 下式(III)表示的配体
3.根据权利要求1所述的光敏剂，其中在式⑴中，L1含有具有至少一个COOH基团或 PO(OH)2的官能团，或者通过π共轭结合COOH基团或PO (OH)2的官能团，L2不含有COOH基 团或PO (OH)2，并且当所述光敏剂通过L1吸附至金属氧化物半导体电极上时，L2的激发态的能级比L1的激发态的能级高至少0. 25eV以上。
4. 一种光伏器件，其具有至少一个金属氧化物半导体层，其中，所述金属氧化物半导体 层包含根据权利要求1-3任一项所述的光敏剂。
全文摘要
公开一种新型光敏剂，该新型光敏剂可在宽的可见光区域内吸收光，即使在非常薄的膜形式的情况下也能够借助于高的光吸收系数来提高光吸收效率。该光敏剂用于金属氧化物半导体电极，其特征在于该光敏剂包含通式ML1L2X2表示的金属配合物，其中M表示周期表的第8族过渡金属；X表示卤素原子、氰基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基、异氰酸酯基、异氰化物基团或羟基，或在X结合时为双齿配体，L1和L2为含有芳环的配体，并且L1或L2具有存在COOH基团或PO(OH)2的官能团，当光敏剂通过配体L1和L2吸附至金属氧化物半导体电极上时，使用GAUSSIAN03量子化学计算程序计算的L1和L2各自激发态的能级之间的差ΔL为0.25eV以上。
文档编号C07D213/22GK102007637SQ20098011322
公开日2011年4月6日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月26日
发明者中村勉, 南昌树, 增田秀树, 山中纪代, 金正哲 申请人:吉坤日矿日石能源株式会社, 国立大学法人名古屋工业大学